[發明專利]一種薄膜厚度的量值溯源方法

有效

• 申請號: 202011042508.X
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112254658B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 楊軍;喻張俊;盧旭;葉志耿;王云才;秦玉文
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發明提出一種薄膜厚度的量值溯源方法，解決現有量值溯源系統溯源鏈長，不能直接溯源至國家長度計量標準的問題，基于共光路自校準薄膜厚度測量裝置，利用寬譜光干涉獲得待測薄膜厚度信息。薄膜厚度的量值可向上溯源至寬譜光干涉信號峰之間的光程上，寬譜光干涉信號峰之間的光程可向上溯源至光程掃描裝置的光程掃描量上，光學延遲線的光程掃描量向上溯源至穩頻激光器輸出光信號的波長及相對頻率穩定性上，穩頻激光器輸出光信號的波長及相對頻率穩定性可溯源至國家長度計量基準器中的參考穩頻激光器上，形成了完整的溯源體系，且不借助中間溯源轉換參數，溯源鏈短且簡單。

技術領域

本發明涉及光學測試計量的技術領域，更具體地，涉及一種薄膜厚度的量值溯源方法。

背景技術

隨著材料科學與技術的蓬勃發展，為滿足微電子、光電子、新能量等領域的迫切需求，薄膜材料在光學工程、機械工程、通訊工程、生物工程、航空航天工程、化學工程、醫學工程等領域被廣泛應用。薄膜的厚度不僅是薄膜生產中關鍵的參數之一，更決定其在力學、電磁、光電和光學等場景中的應用性能。薄膜厚度的精確測量一直是上述相關領域研究的重點。同時，薄膜厚度測量結果的可溯源性是評價薄膜厚度測量方法測量結果正確性的重要途徑之一。

我國2004年通過的《超聲波測厚儀校準規范》(JJF1126-2004)為超聲波薄膜測厚儀提供了有效的溯源途徑，而該校準規范只適用于測量量程大于0.5mm的超聲薄膜測厚儀；2014年通過的《橡膠、塑料薄膜測厚儀校準規范》(JJF1488-2014)，為機械測量法的橡膠、塑料薄膜測厚儀的溯源提供了基礎，但是對于薄膜的種類有著比較嚴格的限定，無法覆蓋大部分種類薄膜厚度量值溯源的需求；2018年通過的《點解式(庫倫)測厚儀校準規范》(JJF1707-2018)同樣對待測薄膜的種類有著嚴格的限定，只適用于電解式金屬鍍層測厚儀的量值溯源。上述校準規范可為測薄膜的厚度量值實現溯源，但只適用于特定種類薄膜的量值溯源。

2014年，崔建軍，高思田在《物理學報》上公開基于X射線掠射法的納米薄膜厚度計量與量值溯源研究(2014,63(006):109-116.)，在實現納米薄膜厚度高精度計量的同時，提出一種可溯源至單晶硅院子晶格間距和角度計量標準的納米膜厚量值溯源方法，將納米薄膜厚度量值溯源至自然界穩定存在的單晶硅的原子晶格間距，實現納米級幾何量溯源，滿足信息產業的工藝檢測要求，但是該量值溯源方法，但是首先將銅靶X射線標識譜的波長溯源至單晶硅的原子晶格常數上，然后借助原子晶格的點陣參數，實現納米薄膜厚度量值溯源，溯源鏈較長，而且不能直接溯源至國家長度計量標準。

發明內容

為解決現有薄膜厚度的量值溯源系統溯源鏈長，不能直接溯源值國家長度計量標準的問題，本發明提供了一種薄膜厚度的量值溯源方法，將薄膜厚度的測量值溯源到國家長度計量標準上，保證了測量結果的準確性及測量單位的一致性。

為了達到上述技術效果，本發明的技術方案如下：

一種薄膜厚度的量值溯源方法，所述方法用于共光路自校準薄膜厚度測量裝置所測薄膜厚度的量值溯源，所述共光路自校準薄膜厚度測量裝置包括光源輸出模塊、分束耦合器、第一測量干涉儀耦合器、膜厚測量探頭模塊、第二測量干涉儀耦合器、干涉與解調模塊及采集與控制模塊，干涉與解調模塊內設有光程掃描裝置；光源輸出模塊包括寬譜光源及穩頻激光器，寬譜光源及穩頻激光器(103)的輸出光通過分束耦合器被分為兩路，分別通過第一測量干涉儀耦合器、第二測量干涉儀耦合器進入膜厚測量探頭模塊中進行參數測量，經由膜厚測量探頭模塊測量后的返回光分別通過第一測量干涉儀耦合器、第二測量干涉儀耦合器進入干涉與解調模塊的光程掃描裝置中進行掃描光程匹配，得到穩頻激光干涉信號和寬譜光干涉信號，穩頻激光干涉信號和寬譜光干涉信號均傳輸至采集與控制模塊；

所述溯源方法至少包括：

S11.待測薄膜厚度可向上溯源至不同寬譜光干涉信號峰之間的光程差上；

S12.寬譜光干涉信號峰之間的光程可向上溯源至光程掃描裝置的光程掃描量上；